防雷裝置接地電阻測(cè)量方法及數(shù)據(jù)異常原因分析

劉姣 王勤 楊禮科

摘要：土壤對(duì)防雷接地裝置具有腐蝕作用，隨著運(yùn)行時(shí)間的加長(zhǎng)，接地裝置會(huì)被腐蝕，因此必須加強(qiáng)對(duì)防雷裝置接地電阻的定期檢測(cè)，以檢查防雷裝置可靠性。受環(huán)境因素等多方面影響，檢測(cè)的結(jié)果與理論值存在誤差，本文分析了接地電阻的不同測(cè)量方法、影響因素和異常結(jié)果原因，提出消除測(cè)量誤差的措施。

關(guān)鍵詞：防雷裝置;接地電阻;誤差;分析

引言

發(fā)生雷擊時(shí)會(huì)伴隨產(chǎn)生高強(qiáng)度的電流，對(duì)于建筑物以及其中的電氣設(shè)備都有著很大的安全威脅。為了降低雷電引發(fā)的一系列安全隱患，地面建筑物都必須強(qiáng)制安裝防雷接地裝置，防雷裝置的性能主要取決于電阻大小[1]。接地電阻越小，分流的電流越大，建筑物的防雷效果和抗電磁感應(yīng)安全性越好。本文介紹了使用MI2127接地電阻測(cè)試儀對(duì)防雷裝置接地電阻的測(cè)量方法，并分析了測(cè)量誤差影響因素和原因。

1 接地電阻測(cè)量原理

1.1接地電阻

接地電阻是指電流通過接地體流入大地向周圍擴(kuò)散時(shí)所遇到的電阻，是電流經(jīng)地面某點(diǎn)位用歐姆定律計(jì)算出來的一個(gè)物理值，從接地網(wǎng)到遠(yuǎn)方大地的接地電阻的計(jì)算值或理論值與檢測(cè)的值可能相差較大[2]。接地電阻的大小主要表現(xiàn)接地裝置與大地接觸的面積和有效程度[3]，主要取決于接地裝置的結(jié)構(gòu)、大小、埋入深度及該位置的土壤電阻率[4]。在檢試時(shí)關(guān)鍵是要尋找一個(gè)零電位區(qū)，使輔助電壓極布置在零電位區(qū)內(nèi)，還應(yīng)該知道所測(cè)接地網(wǎng)的最大尺寸，才能保證接地電阻測(cè)試的準(zhǔn)確度[5]。受流入接地網(wǎng)電流的影響，同時(shí)還受到測(cè)試導(dǎo)線的影響、環(huán)境的影響以及土壤濕度的影響，測(cè)得的結(jié)果有誤差[6]。馮志偉[7]等分析了使用電壓極補(bǔ)償法測(cè)量接地電阻的可靠性。

1.2 測(cè)量原理

數(shù)字式接地電阻測(cè)試儀MI2127采用注入幾十毫安的工頻電流，因電流小，測(cè)量地網(wǎng)接地電阻時(shí)無須斷開保護(hù)設(shè)備，提高了安全系數(shù)。為了能夠向接地裝置注入測(cè)試電流，一般采用打地樁方式給電流提供一個(gè)回路，工作原理為由機(jī)內(nèi) DC/AC 變換器將直流變?yōu)榻涣鞯牡皖l恒流，經(jīng)過輔助電流極C和被測(cè)接地極E組成回路，輔助電壓極P選在零電位區(qū)中的一點(diǎn)。電壓輔助極的作用測(cè)出它與接地裝置的電位之差，由測(cè)得的電壓V和通過接地裝置流入地的電流I，即得到接地裝置的工頻接地電阻R=V/I。如果這個(gè)輔助電壓極點(diǎn)的電位不是在真正的零電位，得到的電壓和測(cè)得的接地電阻就會(huì)有或大或小的誤差。

2 測(cè)量方法

MI2127 接地電阻測(cè)試儀常采用二、三、四線法測(cè)量接地電阻。

2.1 二線法

二線法適用于樓群稠密或水泥地等，因?yàn)闊o法打地樁，不能使用輔助接地極。必須有已知接地良好的地，測(cè)值是被測(cè)地和已知地的電阻和。假如已知地遠(yuǎn)小于被測(cè)地的電阻，測(cè)量結(jié)果可以作為被測(cè)地的結(jié)果。接線時(shí)需將E+ES端接到被測(cè)地，H+S接到已知地。導(dǎo)線電阻會(huì)帶來附加誤差，使得測(cè)量值偏高，精度要求不高時(shí)可以使用這種方法，并且檢測(cè)導(dǎo)線的長(zhǎng)度不能過長(zhǎng)。

2.2 三線法

三線法適用于地基接地，建筑工地接地和防雷接地的接地電阻測(cè)試，使用一個(gè)輔助接地和一個(gè)探測(cè)電極，檢測(cè)時(shí)將電阻測(cè)試儀S端接到探測(cè)電極，H端接到輔助接地，E和ES端連接后接到被測(cè)地。根據(jù)電極布置的方式不同又分為三極直線法和三角形法。

零電位區(qū)的選取。對(duì)于單根金屬管接地極，離接地極的距離在20米以上才能認(rèn)為是零電位。為使測(cè)量誤差等于零，電壓引線長(zhǎng)度為電流引線長(zhǎng)度0. 618 倍，電流測(cè)試線的長(zhǎng)度應(yīng)是接地網(wǎng)最大對(duì)角尺寸的4～5倍，因受現(xiàn)場(chǎng)條件限制，有時(shí)不能準(zhǔn)確打樁在這個(gè)位置?？梢栽陔娏鳂O與接地裝置的距離0. 5～0. 7倍范圍內(nèi)，以電流極與接地裝置的距離的3%為間距，打5～7個(gè)電壓輔助極，測(cè)量5～7個(gè)點(diǎn)的值，繪出電壓與距離的變化曲線，曲線平坦處即為電位零點(diǎn)，或者如果電壓表的三次指示值之間的相對(duì)誤差不超過5%，則可以把中間位置作為測(cè)量用電壓極的電位零點(diǎn)位置。

同樣受地形限制的原因，有時(shí)在不能滿足輔助地極的間距情況下，為縮短電流極的距離，可采用三角形法測(cè)量接地電阻，三角形法是以接地裝置為頂點(diǎn)將電壓極與電流極夾角30度向兩個(gè)方向布置呈等腰三角形，大型接地裝置測(cè)試接地電阻時(shí)，都采用電流線、電位線夾角布置的方式。

2.3 四線法

四極法是在三極法測(cè)量原理上，在待測(cè)防雷裝置接地極附近又增設(shè)的一個(gè)輔助接地電壓極。在測(cè)量低接地電阻和消除電纜電阻對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響時(shí)使用，測(cè)量時(shí)E和ES端必須單獨(dú)直接連接到被測(cè)接地體上。同三線法一樣，四極法測(cè)量時(shí)也必須選擇電壓極在零電位，否則會(huì)有誤差，將電壓測(cè)試線與電流測(cè)試線長(zhǎng)度比為0. 618，電流線放線長(zhǎng)度為接地體對(duì)角線的4～5倍。

3 接地電阻測(cè)試數(shù)據(jù)異常原因分析

3.1影響接地電阻主要因素

土壤特性影響。土壤結(jié)構(gòu)、成分、含水量也不同，其土壤電阻率不同，檢測(cè)結(jié)果會(huì)有誤差?？烧{(diào)整電壓極和電流極的位置，取不同的點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，取平均值。測(cè)量區(qū)域有兩種不相同的土壤電阻率時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大電流極的距離。

地下管網(wǎng)影響。由于城市建筑密集，地下管網(wǎng)對(duì)接地電阻有影響。當(dāng)接地體到電壓極的直線與地下金屬管道恰好重合時(shí)，兩處電位有時(shí)相同，其接地電阻測(cè)試結(jié)果為0。因此盡量遠(yuǎn)離地下管網(wǎng)，實(shí)在無法避開時(shí)，使接地極、電壓極、電流極三點(diǎn)連成的直線垂直于管道的走向。

大地噪聲、雜散電流等影響。大地噪聲、雜散電流等干擾信號(hào)強(qiáng)，測(cè)試接地電阻時(shí)有影響，可選擇抗干擾能力強(qiáng)接地電阻測(cè)試儀。

電流極、電壓極位置影響。測(cè)量時(shí)盡可能把電流極放到接地裝置的最大對(duì)角線長(zhǎng)度的3～5倍處，減少電位干擾，將電壓極P放在零電位的區(qū)域。

電磁環(huán)境影響。檢測(cè)場(chǎng)所附近若有高壓變電線路、雷達(dá)站、移動(dòng)基站等，會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的電磁場(chǎng)干擾，使用大功率對(duì)講機(jī)，也會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。檢測(cè)導(dǎo)線可采用多股金屬線纏繞內(nèi)徑形成的引線，減少電磁干擾。

3.2 接地電阻數(shù)據(jù)異常原因分析

3.2.1 接地電阻測(cè)值不定

接地電阻測(cè)試儀接線連接處容易折斷，造成接觸不良時(shí)斷時(shí)通的現(xiàn)象。電阻測(cè)試儀與輔助電極及接地體連接不好，連接導(dǎo)線有斷開或接頭地方松，導(dǎo)致導(dǎo)電性能不好。或者附近有變壓器漏電時(shí)，使周圍電場(chǎng)發(fā)生畸變，產(chǎn)生地電位分布不均，影響接地電阻測(cè)值。當(dāng)測(cè)得的地電位大于10V時(shí)，應(yīng)當(dāng)斷電檢測(cè)，避免地電壓的影響。

3.2.2 接地阻測(cè)值偏小

輔助極布置如果太靠近地網(wǎng)甚至在地網(wǎng)內(nèi)，會(huì)使得測(cè)試的地阻值會(huì)偏小。若與輔助極邊線相平行的水管、天然氣管、電纜等，會(huì)使與接地體與輔助極的有效距離縮短，測(cè)量的接地電阻值會(huì)偏低。如果是在雨后潮濕的土壤中測(cè)量，地面土壤有較小的電阻率，測(cè)得電阻值也會(huì)偏小。若儀器顯示的測(cè)量值極低<0.01Ω，則可能是電壓線未連接上。

3.2.3 接地阻測(cè)值偏大

在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)在某些點(diǎn)位上數(shù)據(jù)總是偏大，查其原因是接地線與地排未做可靠連接，被測(cè)裝置的機(jī)殼未與接地裝置做可靠連接。若電流極導(dǎo)線脫落引起斷路，也可能導(dǎo)致沒有讀數(shù)，或者讀數(shù)趨于無窮大。在土壤電阻率大、吸水性差的砂性土區(qū)，輔助極與土壤接觸不良，測(cè)出的接地電阻也是偏大的。

4 結(jié)束語

防雷裝置接地電阻值的大小，是檢驗(yàn)防雷裝置安全性的重要參數(shù)。受環(huán)境因素影響，在測(cè)量接地電阻時(shí)會(huì)有誤差，因此必須了解防雷裝置接地網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、尺寸，以及周圍電磁環(huán)境、地下管網(wǎng)、電纜、土壤性質(zhì)等環(huán)境因素，選取合適的測(cè)量方法，通過移動(dòng)電壓極位置來測(cè)量多個(gè)接地電阻的數(shù)值，以確定零電位，合理布置電流線和電壓線的長(zhǎng)度比例，可以有效減小測(cè)量誤差，確保防雷裝置安全性的科學(xué)評(píng)定。

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